无线测温系统设计毕业设计

毕业设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目：无线测温系统设计 无线测温系统设计 摘　　要 无线传感器网络是集传感器、无线通信和网络三大技术于一体的信息获取与处理技术，主要用于实现不同环境下各种参数的检测。最新的发展方向在于减小体积，简化布局以及在低能条件下尽可能延长生命周期。而Zigbee技术拥有网络容量大，架构简单，低功耗，低速率等特点，十分适合用来组建无线传感器网络。 本文针对现实环境中对温度了解的需要，设计了一种基于ZigBee自组网技术的温度监测系统。该技术有组网方便，自愈能力强等优点，能够稳定准确地获得环境温度。系统以CC2530无线射频芯片为主控芯片，DS18B20数字式温度传感器组成测温节点，运用无线方式并通过串口与PC机实现通讯。实验表明，在温度监测过程中，该系统能灵活组网，测量精确。 关键词： CC2530；温度监测；ZigBee；DS18B20 Wireless Temperature Measurement System Design ABSTRACT Wireless Sensor Networks (WSN) setting sensors with wireless communications and network is a kind of information acquisition and processing technology , mainly used to implement the detection of slow parameters under different circumstances. The newest development direction is to reduce the volume, to simplify the layout and to extend the life cycle in the low-energy conditions much as possible. However, Zigbee technology, with large network capacity, simple structure, low rate and power consumption , is especially suitable for the formation of the WSN. The paper based on the requirement of knowing the practical environment of the temperature,this paper design a temperature monitoring system which is based on ZigBee since network technology．This technology the accurate temperature．System to RF transceiver CC2530 as the main chip,DS18B20 digital temperature sensor as temperature sensor node,by wireless way and through a serial port with a PC to realize communication. Experimental results show that in the temperature monitoring process,the system can flexible network． Key words:CC2530；temperature monitoring；ZigBee；DS18B20 目　　录 １　　绪论 1 1.1　选题依据和意义 1 1.2　无线传感器网络技术研究背景及意义 1 1.3　无线传感器网络技术简介 2 1.3.1　国内外发展和应用现状 3 1.3.2　未来前景展望 4 2　　ZigBee协议简介 6 2.1　ZigBee的概述 6 2.1.1　物理层 6 2.1.2　MAC层 8 2.1.3　网络层（NWK） 11 2.1.4　应用层（APL层） 11 2.1.5　安全服务提供层（SSP层） 12 2.2　ZigBee的网络基础 12 2.2.1　网络节点类型 12 2.2.2　网络拓扑形式 12 2.3　ZigBee的工作模式 13 3　　核心板介绍 15 3.1　CC2530核心板 15 3.1.1　CC2530介绍 15 3.1.2　CC2530引脚描述 15 3.2　普通底板 16 3.3　仿真器 17 3.4　温度传感器介绍 17 3.4.1　DS18B20温度传感器特性 17 3.4.2　DS18B20管脚介绍 17 4　　开发环境快速建立 19 4.1　相关软件和驱动安装 19 4.2　TI协议栈的安装 21 4.3　仿真器驱动安装方法 22 5　　系统总体设计 23 5.1　系统硬件设计 23 5.1.1　协调器硬件设计 24 5.1.2　测温节点的硬件设计 25 5.2　系统软件设计 25 5.2.1　协调器节点设计 26 5.2.2　采集节点设计 27 5.2.3　温度传感器程序 29 6　　运行结果 32 6.１　系统结果分析 33 总结 34 参考文献 35 致谢 36 １　　绪论 1.1　选题依据和意义 现今社会无线取代有线已经是信息通讯领域的一个主流趋势，用便捷快速的方式传递信息是信息工程的一个重要的研究目标。就这样，无线传感器网络技术渐渐走近进了我们的视野。随着它的发展，用于设计无线网络的网络协议逐渐地多元化，无线局域网（WLAN）、蓝牙（BlueTooth）技术、无线保真（WiFi）、超宽带（UWB）以及Zigbee技术等热点技术相继出现，均展现出各自的应用特点和市场潜力。而ZigBee技术因其功耗低、网络容量大等优点而非常适用于传感器网络，作为无线传感器网络的主要支撑技术获得广泛的关注，作为一种新兴的短距离无线通信协议，在国外已经有了一定的应用。ZigBee协议是由IEEE 802．15．4 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的PHY层和MAC层再加上ZigBee联盟定义的网络层和应用层所组成，其突出的特点是拥有网络支持低成本、低功耗、低速率、短距离的数据传输能力。 在日益追求信息通信和交换的快速，简便，低能耗，传输稳定的信息技术发展方向上，研究Zigbee技术在无线传感器网络上的应用十分迫切和有效。并且，对于我们这些实践经验不足、理论知识学习比较浅显的大学生来说，以ZigBee这种通信数据量不大、低数据传输率、低成本、低功耗而且具有安全可靠性的这种无线通信技术为无线传感器网络的组网通信方式的研究对象，既不会太过艰难，也不会流于浅表，最为合适不过。 1.2　无线传感器网络技术研究背景及意义 21世纪以来，随着微电子技术的不断进步极大地推动了计算机和通信设备的普及个迅猛发展，PC机、掌上电脑、移动电话、无绳电话等进入了人们日常和工作中，成为了人们生活中不可缺少的一部分。但大多数这些设备和使用终端间的信息传送都是依靠有线网络进行的。各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带来了便利，改变了我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。 但例如布线麻烦、线路故障难以检查、设备重新布局就要重新布线、不能随意移动等这些有线网络先天带有的缺憾却愈发地突出，渐渐阻碍了有线网络的发展。同时，随着近年来射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速度和稳定性都有了飞跃性的提高，体现出了巨大的应用潜力。在追求自由和便捷通信的今天，人们不禁把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的或在人们不方便随时到达现场的条件下使用的设备。因此，一些典型的无线应用产品顺势而生，如：无线智能家居，无线抄表，无线点菜，无线数据采集，无线设备管理和监控，汽车仪表数据的无线读取等等。但随着各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化的快速发展、各种便携式个人通信设备和家用电器设备的增加，人们享受无线信息传输系统带来的便利的同时，又同时针对发展的新的需求而不断探索。 而在传感器技术和计算机技术取得突破性进展之后，一种名叫无线传感器网络的通信系统跃然而出，它以其低成本、低功耗、对等通信等三大优势渐渐成为新兴通信技术中的一大热点。 现如今，无线传感器网络被认为21世纪最具有影响力的改变世界的10大技术之一。伴随着传感器技术本身不断地在发展、深化和交叉，从原先单一的敏感元件发展到混合集成传感器、智能传感器等，真正朝着无所不在的信息获取技术方向迈进，无线传感器网络技术异军突起，包括在国防安全、工农业领域各种控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都体现了重要的科研价值和实用价值，具有十分广阔的应用前景。于是，深化研究无线传感网络、为无线传感器网络寻找一种具备成本低廉，节约功耗而有组网能力较强的无线网络协议的需求变得十分迫切，也是当今通信科技发展的主题。 1.3　无线传感器网络技术简介 无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。由大量节点组成的面向任务的分布式网络，综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等多领域技术，通过各类微型传感器对信息目标进行实时监测，由嵌入式微处理器对信息进行加工处理，并通过无线通信网络将信息传送至远程用户，然后通过相应的规则进行。在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。 无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。硬件上，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，因其尺寸较小，故具有低成本、低功耗、多功能等特点；而从软件上看，借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，它可以接收记录并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。 WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了AD信号转换、数字信号处理和网络通信功能，与此同时，节点还具有自检功能，能够完成后期自我的维护和检测，让系统性能与可靠性明显提升的同时成本却明显地缩减。 1.3.1　国内外发展和应用现状 国外对无线传感器网络，尤其是Zigbee技术的研究起步较早，研究也较成熟。早在2000年12月IEEE成立了IEEE 802.15.4工作组。这个工作组致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的低成本、低功耗、低速率的无线连接技术。ZigBee正是这种技术的商业化命名，这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式。Zigbee联盟由Chaddrcon、Ember、FreeScale、Honeywll、Motorala、Philaddrs和Sansung等公司于2002年8月成立，旨在推动Zigbee技术的发展，如今有上百家芯片公司、无线节点公司和开发商的加入，包括有许多IC设计、家电、通讯节点、ADDR服务提供、玩具等厂商。目前该联盟已经拥有150多家会员，并且还有许多厂商已将Zigbee纳入产品中。在标准化方面，IEEE 802.15．4工作组主要负责制定物理层和MAC层的协议，其余协议主要参照和采用现有标准，高层应用、测试和市场推广等方面的工作由ZigBee联盟负责。国际上已经有许多公司提供ZigBee-Stack，例如：Ember、AirBee、Figure8·Wireless等，其中以Figure8·Wireless(F8W)所设计的Z-Stack最负盛名。而在Chipcon收购了F8W后，Chipcon就成为ZigBee的完全解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的提供者。于是，Chipcon CC2420+Z-Stack就成为从事ZigBee开发人员的最佳选择。 虽然在现代意义上的无线传感器网络研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步启动，我国甚至成为信息领域位居世界前列的少数国家之一。但是，国内对于以Zigbee技术为基础的无线组网技术却起步较晚，国内Zigbee模块生产厂家一般都受芯片厂家数量等限制价格，国内市场只要被国外仪器所占领，国内未见成熟的自主研发的Zigbee产品，只有一些研究性和简单应用文章出现于期刊杂志。到目前为止，国内目前除了成都无线龙科技公司真正将Zigbee技术开发成产品并成功用于几个领域的实际生产问题外，尚未有其他的相关企业和高校拿出了过硬的产品。不过随着这几年无线技术发展大幅度的加速，很多高校和研究机构已经着手无线组网、无线技术的应用方面的研究。特别是与我们日常生活相关的及距离无线组网技术的研究和应用。我们的政府牵头我们将会投入更多的精力到无线传感器网络研究之中。在2006年我国发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中，为信息技术确定了三个前沿方向，其中有两项就与传感器网络直接相关，这就是智能感知和自组网技术。国内的一些大学也在积极开展Zigbee技术的组网和实现，利用国外厂商的开发平台和芯片建立Zigbee网络，应用于智能家居，无线抄表和物流管理方面。相信随着无线技术的深入，会有更多的国产Zigbee和其他无线产品投入市场。 虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域： 　　(1)环境监测和保护：随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。 　　(2)医疗护理：无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。现如今有种系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。 　　(3)军事领域：由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。 　　(4)商业化用途：无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆 监控的有力工具[1]。 1.3.2　未来前景展望 现如今，国内外致力于ZigBee技术的研究的权威机构和知名公司越来越多，这也将大力推动无线传感器网络技术的发展，加速其更新换代和研发。对于这种新兴的近距离、低功耗、低传输率的技术，人们把更多的目光投向了无线组网技术方面的研究，为下一步无线网络化智能传感器的研制做准备。 从ZigBee协议规范的研究及完善方面来看，Zigbee协议规范从推出至今，已有大量研究者对Zigbee网络的时间同步、广播问题、安全机制等进行了研究，并且Zigbee协议正在继续改进并将提供更多的功能，但目前仍然存在一些例如无固定地址、容量极限较低、能源利用效率不高等问题。这些都需要在未来的研究中亟待解决。 同时，ZigBee规范及其应用仍在不断的发展和完善之中，众多厂商、高校和研究机构都对ZigBee技术展现了极大的研究兴趣，进行了大量的研究工作。我们未来研究的重点将主要集中以下几个方面： 　　（1）Zigbee芯片和产品的设计：不少厂商推出了Zigbee的产品和全套解决方案。如Freescale公司的第三代PADDR晶片MCl322x；Helicomm公司推出的ADDR Link 1200 Zigbee开发套件；Jennic公司的JN5121513X等。 　　（2）Zigbee技术的具体应用研究：目前，不管国内国外，已有大量的研究者和厂商提出了Zigbee可能的应用。如智能家居、智能公交车、嵌入式方面、传感器网络的应用。另外，Jennie公司的JenNET应用在路灯控制、环境监控、生产线数据收集，以及ZigBee结合RFID等。 　　（3）和其它技术共存研究：对Zigbee网络与其它无线网络共存的问题也有大量的研究，如Zigbee网络和蓝牙网络共存、WiFi的共存与干扰问题。 　　（4）网络性能评估：对Zigbee网络性能的研究也是一大热点，如研究Zigbee底层的802.15.4标准在竞争时期(CAP)的网络吞吐量和能量消耗、Zigbee网络在不同的通信参数下，网络的通信量及稳定性、在Zigbee网络的低负载的情况下，调整其活动时期节点的能量消耗，使得网络的生命延长等。 　　（5）路由算法：Zigbee的路由是基于Ad Hoe按需距离矢量(AODV算法)路由算法，这样ZigBee的网状网络建立与数据传播方式和Ad Hoe网络很类似。而传统的AODV算法的路由开销和路由发现可能会干扰网络性能，特别是节点密集的网络，会直接影响端到端时延和数据包的传递的时延。因此很有必要提高路由算法的高效性和可扩展性。目前一些国内外期刊和论文针对AODV路由算法提出了一些改进路由算法，如：ZiCL(ZigBee Cluster Label)算法、MAC．AODV算法、EAODV算法、QAODVl361算法等[2]。 就目前而言，Zigbee主要广泛应用于传感器、玩具等方面，也大量在军事和环境监控以及医疗监护等领域使用。随着Zigbee功能的强大和开发的完善，它本身的特性决定它将是未来将大量使用于小至居民家庭大至军事和航天事业方面。 2　　ZigBee协议简介 2.1　ZigBee的概述 ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,其突出优点是工作频段灵活,低复杂度，低数据速率,低成本,高可靠性,具有自组网和自恢复能力等。传感器网络节点是无线传感器网络的基本构成单位,主要负责对周围信息的采集和处理,并发送自己采集的数据给相邻节点或将相邻节点发过来的数据转发给协调节点或更靠近协调节点的节点。无线传感器网络的节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。但早些设计的传感器节点的处理器模块多数采用TI第一代产品如CC2430,CC2420等,存在无线通讯距离短,通讯可靠性不能保证等缺点,一般传输距离都在100M内,有的不到50M。本文采用TI公司最新的第二代片上系统CC2530，比以前产品有更卓越的RF性能,可编程的256KB 闪存,更小的封装尺寸和IR 产生电路,支持多种协议如igBee PRO、ZigBee RF4CE 等;所设计的传感器节点在视野好的空旷室外传输距离可达400M 以上。 ZigBee协议是基于IEEE 802.15.4标准的，由IEEE 802.15.4和ZigBee联盟共同制定。IEEE 802.15.4工作组制定ZigBee协议的物理层（PHY）和媒体访问控制层（ MAC层）协议。[4]ZigBee联盟成立用于2002年，定义了ZigBee协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范。协议栈结构如图2-1。 图2-1　　协议栈结构 2.1.1　物理层 物理层定义了物理无线信道和与MAC层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务是从无线信道上收发数据，物理层管理服务维护一个与物理层相关数据组成的数据库。 (1) 无线信道的分配 IEEE 802.15.4规范的物理层定义了三个载波频段用于收发数据：868MHz（欧洲）、915北美）和2400 MHz（全球范围）。在这三个频段上发送数据使用的速率信号处理过程以及调制方式等方面存在一定差异，其中2400 MHZ频段的数据传输速率为250 kbits。915 MHz、868 MHZ分别为40 kbits和20 kbits。 IEEE 802.15.4规范定义了27个物理通道，新到编号从0至26，每个具体的信道对应着一个中心频率，覆盖了以上的3个不同的频段。不同的频段所对应的宽度不同。868 MHz频段定义了1个信道（0号信道）；915 MHz定义了10个信道（1～10号信道）2400 MHz定义了16个信道（11～26信道）[5]。这些信道的中心频率定义如下： Fc =868．3MHz，k=0；　　　　　　　　　　　　　　　（2-1） Fc=906MHz+2(k-1)MHz，k=l，2，…10； （2-2） Fc=2405MHz+5(k-11)MHz，k=1l，12，…26。 （2-3） (2) 物理层主要功能 物理层功能相对简单，主要用于硬件驱动程序的基础上，实现数据距传输和物理信道的管理。其模型如图2-2所示。 图2-2　　PHY模型 其中，RF-SAP是有驱动程序提供的接口，PD-SAP是PHY层提供给MAC层的数据服务接口，PLAME-SAP是PHY层给MAC层提供的管理服务接口。 物理层主要完成：激活休眠无线收发设备，对当前频道进行能量检测，链接质量指示，为载波检测多址与碰撞避免（CSMA—CA）进行空闲频道评估，频道选择，数据的发送和接收等。 在PHY层有关函数中，①传输能量（POWER），②传输中心频率的兼容性及频率稳定度(标识了无线解码器工作频率的稳定程度)，③接收器之感度，④接收信号强度指示的测量时较为重要的参数。 (3) IEEE 802.15.4的调制方式 图2-3描述了2.4 GHz物理层调制及扩频功能模块。 图2-3　　 2.4G调制和扩展模块 2.4G物理层将数据每字节的低四位和高四位分别映射组成数据符号，每个数据符号又被映射成32位伪随机噪声数据码片。数据码片采用半正弦脉冲波形的偏移正交四相相移键控技术（O-QPSK）调制。每片的形状如同半个正弦波，交替在同相(I)信道和正交相位(Q)信道传送。每个信道占用半个片码偏移周期。 (4) PPDU格式 PPDU 报文数据是用于数据流同步的同步头、含有帧长度信息的物理层报头以及承载有MAC帧数据的净荷组成。具体结构如表2-1所示。 表2-1　　PPDU格式 字 节 1 1 可变 前同步码 （preamble） 帧定界符 （SFD） 帧长度 (7 bit) 保留 (1 bit) 物理层数据 (PSDU) 同步头 (SHR) 物理层报头 (PHR) 物理层净荷 (PHY payload) 同步报头由前同步码和帧定界符组成，用于获取符号同步、扩频码同步和帧同步。 物理层报头指示净荷部分的长度，净荷部分含有MAC层数据包，最大长度是127字节。当数据包的长度类型为5字节或大于8字节时，那么物理层服务数据单元（PSDU）就会携带着MAC层的帧信息（即MAC层协议数据单元）。 2.1.2　MAC层 MAC层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务。前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，而后者从事MAC层的管理活动，并维护一个信息数据库。 MAC层的主要功能包括如下7个方面： （1）网络协调者产生并发送信标帧； （2）设备与信标同步； （3）支持RAN网络的关联和取消关联操作； （4）为设备的安全性提供支持； （5）信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问机制（CSMA-CA）； （6）处理和维护保护时隙机制（GTS）； （7）在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。 图2-4　　MAC模型 　　和物理层类似，MAC层也包括一个管理实体（MLME），MAC层管理实体提供可以唤醒MAC层管理服务的服务接口（MLME-SAP），同时也维护一个与MAC层相关的管理对象数据库（MIB）。 (1) 超帧结构 在IEEE 802.15.4协议中，通过基于竞争的信道接入方式，提高了信道的利用率，增大了网络效能，而固定时隙的分配，满足了有特殊需求和一些重要的数据传送。周期性进入休眠期关闭信道接入，则节省了网络的能耗。超帧结构中同时包含了三种不同的信道接入周期，从而多样化信道的接入方式同时提高了网络的灵活性。 在超帧零时隙中定义了一个信标帧（beacon），beacon除了信标的意思外，还能理解为灯塔。正如字面意思所述，信标帧在整个超帧结构中的地位就好比灯塔的导航作用一样，不仅界定了超帧的起始以用来设定固定分配时隙周期的有无以及其长度，换言之，信标帧决定了超帧的构架。如果不存在信道固定分配周期的话，所有的数据传送将完全通过CSMACA竞争机制来接入信道[6]。 (2) 数据传输模式 LR-WPAN网络中存在着三种数据传输方式：数据发送到协调器、数据从协调器发出、对等数据传送。星型拓扑网络中只存在前两种数据传输方式，因为数据只在协调器和设备之间交换；而在点对点拓扑网络中，三种数据传输方式都存在。 1 数据传送到协调器 在信标和非信标模式下，主要区别是器件是否先要从协调器获得信标，接着利用带时槽的CSMACA来传送资料。如图2-5。 图2-5　　数据传送到协调器 ② 数据从协调器传出 在信标使能方式中，协调器会利用信标中的字段来告知有资料要传送。而网络终端则会周期性的监听信标，如果自己是协调器传送对象，则该器件利用开槽CSMACA将MAC命令请求控制信息传给协调器。 在非信标使能方式中，终端器件利用无槽CSMACA将MAC命令请求控制信息给协调器，若协调器有数据要传送，也是利用无槽CSMACA方式将资料传出。流程图如下图2-6。 图2-6　　数据从协调器传出 3 对等数据传送 在对等的PAN中，任一器件可同其射频范围内的其它器件通信。预通信的器件只有定时接收和彼此完全同步两种状态。 (3) MAC层帧结构 MAC层帧结构的设计目标是用最简单方法实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输。每个MAC子层的帧都由帧头、负载和帧尾三部分组成。帧头由帧控制信息、帧序列号和地址信息组成。帧尾是帧头和负载数据的16位CRC校验序列。MAC子层负载具有可变长度，具体内容由帧类型决定[7]。 表2-2　　MAC帧的通用格式 字节2 1 02 128 02 028 2 帧 控 制 序 列 号 目的PAN标识符 目的地址 源PAN标志符 源地址 帧校验 地址帧 MAC帧头 MAC帧尾 IEEE 802.15.4网络共定义了四种类型的帧：信标帧，数据帧，确认帧和MAC命令帧。 ①信标帧 信标帧的负载数据单元由四部分组成：超帧描述字段、GTS分配字段、待转发数据目标地址字段和信标帧负载数据。在信标网络中，协调器通过向网络中的所有从设备发送信标帧，以保证这些设备能够同协调器进行同步，从而保证网络运行的成本维持在最低水平。 ②数据帧 数据帧用来传输上层发到MAC层的数据，它的负载字段包含上层需要传输的数据。数据负载传到MAC层时，被称为MSDU。MAC帧传送至物理层后，就成为了物理帧的负载PSDU。 ③确认帧 如果设备收到目的地址为其自身的数据帧或MAC命令帧，并且帧的控制信息字段的确认请求位被置1，设备需要回应一个确认帧。确认帧的序列号应该与被确认帧的序列号相同，并且负载长度应该为零。 ④命令帧 MAC命令帧只是在格式上和其他类型的帧的帧控制字段的帧类型位有所不同。帧头的帧控制字段的帧类型为011B就表示这是一个命令帧。命令帧的具体功能由帧的负载数据表示。负载数据是一个变长结构，所有命令帧负载的第一个字节是命令类型字节，后面的数据针对不同的命令类型有不同的含义。命令帧主要完成三方面的功能：把设备关联到PAN网络，与协调器交换数据，分配GTS，可以用于组建PAN网络，传输同步数据等。 2.1.3　网络层（NWK） 主要功能：NWK层提供网络节点地址分配，组网管理，消息路由，路径发现及维护等功能。NWK层主要是为了确保正确地操作IEEE 802.15.4．2003MAC子层和为应用层提供服务接口。NWK层从概念上包括两个服务实体：数据服务实体和管理服务实体。 网络层的功能有以下几个方面： ①NWK层的责任主要包括加入和离开一个网络用到的机制、应用帧安全机制和他们的目的地路由帧机制； ②ZigBee协调器的网络层还负责建立一个新的网络； ③网络发现； ④网络形成； ⑤允许设备连接； ⑥断开网络连接； ⑦接收机同步； ⑧信息库维护。 2.1.4　应用层（APL层） ZigBee应用层包括应用支持子层(APS子层)、应用框架(AF)和ZigBee设备对象(ZDO)。APS子层负责建立和维护绑定表，绑定表主要根据设备之间的服务和他们的需求使设备相互配对。ZigBee的应用框架(AF)为各个用户自定义的应用对象提供了模板式的活动空间，并提供了键值对(KVP)服务和报文(MSG)服务供应用对象的数据传输使用。一个设备允许最多240个用户自定义应用对象，分别指定在端点l至端点240上。ZDO6可以看成是指配到端点O上的一个特殊的应用对象，被所有ZigBee设备包含，是所有用户自定义的应用对象调用的一个功能集，包括网络角色管理，绑定管理，安全管理等。 ZDO负责定义设备在网络中的角色(例如是ZigBee协调器或者ZigBee终端设备)、发现设备和决定他们提供哪种应用服务，发现或响应绑定请求，在网络设备之间建立可靠的关联。 2.1.5　安全服务提供层（SSP层） 安全服务提供者SSP(Security Service Provider)向NWK层和APS层提供安全服务。ZigBee协议层与层之间是通过原语进行信息的交换和应答的。大多数层都向上层提供数据和管理两种服务接口，数据SAP(Service Access Point)和管理SAP(Service Access Point)。数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务，管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。 2.2　ZigBee的网络基础 ZigBee网络基础主要包括设备类型，拓扑结构和路由方式三方面的内容，ZigBee标准规定的网络节点分为协调器（Coordinator）、路由器(Router)和终端节点（End Device）。节点类型是网络层的概念，反映了网络的拓扑形式。ZigBee网络具有三种拓扑形式：星型拓扑、树型拓扑、网状拓扑[9]。 2.2.1　网络节点类型 网络节点主要包括协调器（Coordinator），路由器（Router），终端节点（End Device）三部分。 （1）协调器 在各种拓扑形式的ZigBee的网络中，有且只有一个协调器节点，他负责网络所使用的频率通道、建立网络并在其他节点加入网络、提供信息路由、安全管理和其他服务。 （2）路由器 当采用树型和网状拓扑结构时，需要用到路由器节点，它可以加入协议。是网络远距离延伸的必要部分。它负责发送和接受节点自身信息；节点自身会转发信息，允许子节点通过它加入网络。 （3）终端节点 终端节点的主要任务就是发送和接受信息，通常一个终端节点不处在数据收发状态时可进入休眠状态以降低能源消耗。 2.2.2　网络拓扑形式 Zigbee协议标准中定义了三种网络拓扑形式，分别为星形拓扑、树形拓扑和网状拓扑，如图2-7所示。 图2-7　　三种网络拓扑形式 星形网络是三种拓扑结构中最简单的，因为星形网络没用到Zigbee协议栈，只要用802．15．4的层就可以实现。网络由一个协调器和一系列的路由器和终端设备构成，节点之间的数据传输都要通过协调器转发。节点之间的数据路由只有唯一的一个路径，没有可选择的路径，假如发生链路中断时，那么发生链路中断的节点之间的数据通信也将中断，此外协调器很可能成为整个网络的瓶颈。 在树形拓扑结构中，每一个节点都只能和他的父节点和子节点之间通信，也就是说，当从一个节点向另一个节点发送数据时，信息将沿着树的路径向上传递到最近的协调器节点然后再向下传递到目标节点。这这种拓扑方式的缺点就是信息只有唯一的路由通道，信息的路由过程完成是由网络层处理，对于应用层是完全透明的。 网状网络除了允许父节点和子节点之间的通信，也允许通信范围之内具有路由能力的父子关系的邻居节点之问进行通信，它是树形网络基础上实现的，与树形网络不同的是，网状网络是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护，并且具有强大的自组织、自愈功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信，可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模。该拓扑结构的优点是减少了消息延时，增强了可靠性，缺点是需要更多的存储空间的开销。 2.3　ZigBee的工作模式 ZigBee网络的工作模式可以分为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式两种。信标模式可以实现网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度地节省功耗，而非信标模式只允许ZE进行周期性休眠，协调器和所有路由器设备长期处于工作状态。 在信标模式下，协调器负责以一定的间隔时间(一般在15ms到4mins之间)向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各个时槽内发送。 非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为子节点缓存数据，终端节点主动向其父节点提取数据的机制，实现终端节点的周期性(周期可设置)休眠。网络中所有的父节点需要为自己的子节点缓存数据帧，所有子节点的大多数时间都处于休眠状态，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，并向 父节点提取数据，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms。 3　　核心板介绍 3.1　CC2530核心板 功能特点： ①高性能、低功耗的8051微控制器内核； ②适应2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收发器； ③开放频段，工作频段为2.4GHz； ④16个传输信道，根据环境进行切换可靠通信信道； ⑤无线传输速率达250kbps； ⑥具有8路输入 8～14位ADC； ⑦使用2.4G全向天线，可靠传输距离达250米。自动重连距离高达110米。 3.1.1　CC2530介绍 CC2530是德州仪器(TI)推出的完整的用于2.4GHz IEEE 802.15.4ZigBee RF4CEZigBee和能源应用的第二代片上系统解决方案，拥有庞大的快闪记忆体，多达256个字节，是理想ZigBee专业应用。它结合了高性能的2.4GHz DSSS (直接序列扩频) 射频收发器和一个高性能低功耗的8051微控制器,适合用于搭建功能健全价格低廉的网络节点。同时，支持新RemoTI的ZigBee RF4CE ，这是业界首款符合ZigBee RF4CE兼容的协议栈，并且拥有更大内存将允许芯片无线下载，支持系统编程。CC2530在单个芯片上集成了IEEE802.15.4 标准2.4GHz频段的RF 无线电收发机,具有优良的无线接收灵敏度和抗干扰性。 CC2530的睡眠模式和其与工作模式超短的激活转换时间，使得其RF模块成为针对超长电池使用寿命应用的理想解决方案。CC2530可用于Zigbee协调器、路由器及终端设备，所以也是本文设计方案实现的最理想载体。在结合了T1Chipcon业界领先的Zigbee协议栈之后，CC2530被认为是市面上最具竞争力的Zigbee解决方案。 3.1.2　CC2530引脚描述 CC2530采用40脚QFN封装，其引脚图如图3-1所示： 图3-1　　CC2530引脚描述 表3-1　　CC2530部分引脚描述 名称 序号 特性 描述 DCOUPL 40 Power(D) 1.8V数字电源去耦，不使用外部电源供电 DVDD1 39 Power(D) 连接2-3.6V 数字电压源 DVDD2 10 Power(D) 连接2-3.6V 数字电压源 GND 41 Ground 连接接地面 P0_0 19 数字IO 端口0.0(ADC0) P0_1 18 数字IO 端口0.1(ADC1) P0_7 12 数字IO 端口0.7(ADC7) P1_0 11 数字IO 端口1.0(具有20mA驱动能力T1-2) P1_7 37 数字IO 端口1.7(SPI1-MIUART1-RXT3-1) P2_0 36 数字IO 端口2.0(T4-0) P2_2 34 数字IO 端口2.2(DC) 3.2　普通底板 功能特点： ①供电方式：标准USB、DC2.1电源座（5V）； ②功能接口： Debug接口，兼容TI标准仿真工具，引出所有IO口，常用的串口引脚以及5V3.3V引脚； ③功能按键：1个复位，1个普通按键； ④LED指示灯：电源指示灯、组网指示灯； ⑤模块支持：支持 CC2530核心板,CC2530+PA（CC2591）核心板。 3.3　仿真器 功能特点： ①标准USB接口，直接使用； ②支持IAR在线调试下载和SmartRF STUDIO7packet sniffer协议分析功能； ③支持TI zigbee系列芯片，如：CC111xCC243xCC253xCC251x。 3.4　温度传感器介绍 DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。 3.4.1　DS18B20温度传感器特性 适应电压范围宽，电压范围在3.0-5.5V，再寄生电源方式下可有数据线供电。独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需一条口线即可实现微处理器DS18B20 的双向通信。支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。在使用中不需要任何外围元件，全部传感器元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围-55℃-+125℃，在-10℃-+85℃时精度为+0.5℃。可编程分辨率为9-12 位，对应的可分辨率温度为0.5℃,0.25℃,0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温[6]。在9 位分辨率时，最多在93.75ms 内把温度转换为数字；12 位分辨率时，最多在750ms 内把温度值转换为数字，显然速度更快。测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传给CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。负压特性。电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常工作。 3.4.2　DS18B20管脚介绍 DS18B20有两种封装：三脚TO-92 直插式和八脚SOIC 贴片式，封装引脚见图3-2所示。表3-2列出了引脚定义。 图 3-2　　DS18B20 引脚封装图 表3-2　　DS18B20 引脚定义 引脚 定义 GND 电源负极 DQ 信号输入输出 VDD 电源正极 NC 空 4　　开发环境快速建立 记得以前我们学习51单片机的时候相信用得最多的是KEIL了，类似，这里我们使用IAR 7.60A，IAR 开发最大优势就是能够直接使用TI公司提供的协议栈 Z-Stack 进行开发，我们只需要调用API接口函数。这里我们选用ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0 （Zigbee 2007） ，网上也有用Zstack-CC2530-2.3.1-1.4.0等其他高版本的，基本相差无几，但是目前2.3.0的通用性较高。这里要注意了，IAR 和Z-Stack的高低版本是互不兼容的[10]，所以我们两个东西的版本安装选取一定要配合好。经过测试，IAR 7.60A和 Zstack-CC2530-2.3.0-1.4.0 配合使用时从安装到开发都很友好。 4.1　相关软件和驱动安装 安装IAR 7.60A方法：打开安装文件，选择IAR安装，官方推荐默认安装在系统盘。如下图4-1所示。 图4-1　　安装截面图 提示要求输入License，由IAR 7.60注册机生成，如图4-2所示，选项正确后生成License,复制到License#处。 图4-2　　IAR生成图 输入注册码后按提示一步步进行安装，直至完成程序安装，安装完成软件界面如图4-3： 图4-3　　完成安装界面图 图4-4　　IAR程序运行界面 　　运行程序后，打开所要进行实验的工程文件，再点击Project栏下的Make进行程序编译，编译成功后再点击Project栏下的Download and Debug进行下载。下载完毕后再运行程序就可以了。 4.2　TI协议栈的安装 Z-stack的安装比较简单，同样安装在默认路径。 图4-5　　安装过程 4.3　仿真器驱动安装方法 我们将CC DEBUGGER插进电脑，提示找到新硬件，选择列表安装。 图4-6　　安装驱动程序图 安装完成后，重新拔插仿真器，在设备管理器里找到Chipcon SRF04EB，说明驱动安装完成，再连接CC2530开发板，按下DEBUGGER复位键，芯片指示灯亮（表示检测到开发板上CC2530 芯片），则完成连接工作。至此，相关开发软件和仿真器驱动都安装好了。 5　　系统总体设计 ZigBee节点所属类别主要分三种，分别是协调器(Coodinator)、路由器(Router)、终端(End Device)。同一网络中至少需要一个协调器，也只能有1个协调器，负责各个节点16位地址分配（自动分配）一个或多个路由器及许多个终端节点组成，这样才能完成网络的搭建，路径的分配和数据的采集及传输任务[11]。基于CC2530 的温度监测系统是星状网络（由于条件有限，我们简化了网络的结构），它是由一个全功能协调器（称为FFD），一个集合有温度传感器的测温节点作为终端节点（称为Zink）组建成的。FFD 通过串口与PC 机连接，Zink 被布置在环境监测区域，通过其上的温度传感器DS18B20 来监测环境的温度，最后通过天线以无线的方式将监测到的温度数据发送给FFD，由于FFD 和PC 机连接，这时PC 机上可以显示出温度的监测结果。整个网络的结构图如图5-1所示。 图5-1　　系统结构图 本论文实验采用两个ZigBee 通信模块，一个作为协调器，一个作为终端设备。终端设备以5S 为间隔，对温度进行采集传输给协调器设备，协调器设备将接收的数据包进行处理通过串口发送给PC 机串口调试助手进行显示。 5.1　系统硬件设计 系统的硬件部分主要包括一个FFD 充当协调器，一个Zink充当终端设备。终端设备具有无线收发通信部分，温度采集传感器部分，处理器部分及电源供电部分。协调器和终端设备的区别仅在于协调器没有温度采集的传感器部分， 而是加上了和PC机进行通信的串口部分（终端设备也可以有这个部分）。微处理器芯片是ZigBee网络节点硬件处理的核心，微处理器模块在无线收发模块的协作下完成ZigBee网络的建立和维护，数据的采集与处理以及ZigBee协议栈的正常运行。CC2530只需要很少的外界原件就可以运行了。典型的应用电路如图5-2所示。外接原件的典型值及其描述如表5-1所列。 表5-1　　外接原件概况（不包括电源去耦电容器） 原件 描述 值 C251 RF网络匹配部分 18pF C261 RF网络匹配部分 18pF L252 RF网络匹配部分 2nH L261 RF网络匹配部分 2nH C262 RF网络匹配部分 1pF C252 RF网络匹配部分 1pF C253 RF网络匹配部分 2.2pF C331 32kHz晶振负载电容 15pF C321 32kHz晶振负载电容 15pF C231 32kHz晶振负载电容 27pF C221 32kHz晶振负载电容 27pF C401 内部数字稳压器的去耦电容 1uF R301 内部偏置电容 56kΩ 图5-2　　CC2530应用电路 5.1.1　协调器硬件设计 协调器是ZigBee 组网的关键，它由一个功能健全的节点来充当即FFD，相对的功能精简的节点（RFD）可以充当终端设备。协调器要完成的任务有很多，不仅要负责网络的组建，还要接收和处理Zink 采集来的温度数据，与监控主机进行串口通信，还要根据用户的需要通过监控主机向Zink 发送采集温度的参数等。协调器是由CC2530 与串口技术相结合形成的，本文的串口选用了PL2303 芯片，完成RS232 串口数据的电平转换，与PC 监控主机连接后，完成温度数据的显示。如图5-3所示即为串口转换的电路设计。 图5-3　　PL2303串口转换电路设计 5.1.2　测温节点的硬件设计 测温节点Zink主要是完成监测环境里温度数据的采集任务，它把采集到的温度数据无线发送给协调器，然后通过协调器上传到PC 机进行显示。Zink 一般是由RFD 集成温度传感器来充当的。CC2530 自身内部集成有温度传感器， 但其精准度不高，不用来测量外界环境的温度。DS18B20 是一款集成式芯片，因其采用单总线技术，即“一线器件”，只需要一根串口线就可以实现多DS18B20温度传感器和PC 的双向通信。接口简单，所以在测温时受外界干扰小，可以提高测量的精确度。同时它还可以将测温结果转化成数字信号送与PC 机，使得调试变得更容易方便。DS18B20温度传感器与ZigBee模块的接口电路如图5-4所示。DS18B20与CC2530的P2_0 管脚相连接。 图5-4　　DS18B20温度传感器接口电路 5.2　系统软件设计 5.2.1　协调器节点设计 在本系统中，协调器节点主要有两个任务：一是负责建立新网络并允许其它节点加入到该网络中；二是能够接收终端传感器节点发送的数据信息，并将这些数据信息汇合整理后通过串口传给上位机。这部分的软件实现主要有设备的初始化、协调器建网、节点加入网络、数据信息的收发和处理等，网络协调器的工作流程如图5-5所示。 图5-5　　协调器节点的软件流程图 　　协调器节点上电初始化后，首先建立一个ZigBee 无线网络，进入到操作系统后，开始检测是否有AF_INCOMING_MSG_CMD 接收无线数据的事件发生，如果该事件发生执行函数SampleApp_MessageMSGCB()将接收到得2 个字节的温度信息进行处理并将处理的结果发生给PC 机显示。 协调器设备接收到采集节点发送的无线数据时执行函数SampleApp_MessageMSGCB()，该函数的具体代码如下所示： void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) { uint16 flashTime; switch ( pkt->clusterId ) { case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID: HalUARTWrite(0,"Temp is:",8); 提示接收到数据 HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[0],2); ASCII码发给PC机 HalUARTWrite(0,"\n",1); 回车换行 break; case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: flashTime = BUILD_UINT16(pkt->cmd.Data[1], pkt->cmd.Data[2] ); HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (flashTime 4) ); break; } } 5.2.2　采集节点设计 终端节点是最简单的一种设备，它可以是 FFD，也可以是 RFD，由于受到实验条件的限制，本文采用的终端节点都是 FFD。终端传感器节点主要负责采集温度信息，并将这些信息经路由转发给协调器。工作时，终端传感器节点要先加入网络，同时该节点也会将自己自动绑定到响应的协调器，然后才能传输数据信息，图5-6为温度采集节点的工作流程。 图5-6　　采集节点的软件流程图 采集节点上电初始化后，首先检测范围内的无线网络，并加入到网络中，然后判断网络状态改变事件ZDO_STATE_CHANGE 是否发生，如果发生执行SampleApp_SendPeriodicMessage 函数实现对温度的检测并将检测的温度信息发送给协调器设备，然后设置1s 后触发SampleApp_SendDataEvt 事件，之后每1s 执行一次SampleApp_SendDataEvt 事件。 终端节点在检测到事件ZDO_STATE_CHANGE 或SampleApp_SendDataEvt 发生时执行函数SampleApp_SendPeriodicMessage(),该函数的程序代码如下所示： void SampleApp_SendPeriodicMessage( void ) { uint8 data[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; if ( AF_DataRequest( &SampleApp_Periodic_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID, 10, data, &SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) { } else { Error occurred in request to send. } } void SampleApp_SendPointToPointMessage( void ) { uint8 T[2];温度 T[0]=temp10+48; T[1]=temp%10+48; if ( AF_DataRequest( &Point_To_Point_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 2, T, &SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) { } else { Error occurred in request to send. } } 5.2.3　温度传感器程序 首先定义温度传感器的引脚，并设置输入输出端口，定义温度读取函数。 向DS18b20 写一个字节： void Ds18b20Write(uchar infor) { uint i; Ds18b20OutputInitial(); for(i=0;i<8;i++) { if((infor & 0x01)) { Ds18b20Data = 0;数据线拉低 Ds18b20Delay(6);延时6us Ds18b20Data = 1;数据线拉高 Ds18b20Delay(50);延时50us } else { Ds18b20Data = 0; 数据线拉低 Ds18b20Delay(50); 延时50us Ds18b20Data = 1; 数据线拉高 Ds18b20Delay(6); 延时6us } infor >>= 1; } } 从DS18B20 中读取一个字节： uchar Ds18b20Read(void) 读取温度数据 { uchar Value = 0x00; uint i; Ds18b20OutputInitial();设置与DS18B20相连接的IO管脚为输出 Ds18b20Data = 1; Ds18b20Delay(10);延时10us for(i=0;i<8;i++) { Value >>= 1; Ds18b20OutputInitial();设置与DS18B20相连的IO管脚为输出 Ds18b20Data = 0; 数据线拉低 Ds18b20Delay(3);延时3us Ds18b20Data = 1;数据线拉高 Ds18b20Delay(3);延时3us Ds18b20InputInitial();设置与DS18B20相连的IO管脚为输入 if(Ds18b20Data == 1) Value |= 0x80; Ds18b20Delay(15);延时15us } return Value; } 温度读取函数： void Temp_test(void) 温度读取函数 { uchar V1,V2; test1=Ds18b20Initial(); Ds18b20Write(0xcc); Ds18b20Write(0x44); test2=Ds18b20Initial(); Ds18b20Write(0xcc); Ds18b20Write(0xbe); V1 = Ds18b20Read(); V2 = Ds18b20Read(); temp = ((V1 >> 4)+((V2 & 0x07)*16)); 合并温度值 } 6　　运行结果 将终端节点通过USB线和电脑相连，并打开串口调试助手，可以看见如图6-1所示画面，终端节点通过USB线和电脑通讯，并在串口调试助手里面打印，我们就可以读取终端节点的温度。 图6-1　　终端节点温度显示画面 将协调器节点通过USB线和另外一台电脑相连，并打开串口调试助手，可以看见如图6-2所示画面，协调器通过USB线和电脑通讯，并在串口调试助手里面打印。我们就可以读取来自终端节点的温度了。 图6-2　　PC机温度显示画面 6.１　系统结果分析 本系统实现了基于ZigBee协议栈的简单的点对点的无线测温，在终端节点可以读出温度传感器测量的温度值，在协调器节点也可以读取温度传感器测量的温度值。所读取的温度值大体上符合当前温度值。 表6-1　　温度传感器测温数据表 所测物质 空气 热水杯 冰糕 电脑风扇 人类的手心 串口显示（℃） 29 88 0 45 30 表6-2　　该测温系统传输距离数据表 传输距离（m） 50 100 150 200 250 300 串口显示 正常 正常 正常 正常 正常 不正常 通过实验可以得出结论：该论文设计的无线测温系统是可行的，稳定的。通过远距离测试发现本系统的可靠传输距离可达250m，该系统可用于远距离测温。 总　　结 本文讲述的是基于ZigBee 的环境温度监测系统，ZigBee技术以其组网灵活性高， 自愈能力强，功耗低，成本低著称。CC2530 和DS18B20 组成的测温节点更是灵活小巧，可以使用在很多场合，而不会对环境造成影响。以无线方式进行传送数据，避免了传统排线的繁琐，也避免了人力和财力的浪费。本系统的设计符合了课题要求，满足了最初的需要。 在无线传感器网络技术在日升月步的发展的今天，研制出适合的高效的组网方案是一个我们孜孜追求的目标，该系统的低耗能、简单布局等的特点满足了这一标准，为无线传感器网络技术开创出一种新颖而简便的解决方案。 参考文献 [1]　　高守玮，吴灿阳等.ZigBee技术实践教程[M]. 北京：航空航天大学出版社，2009. 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摘要是论文不加注释和评论的简短陈述，具有独立性和自含性，摘要中有数据、有结论，是一篇完整的短文，可以独立使用和引用，论文摘要在写法上一般不分段落，常采用无人称句。摘要中一般不用图表、化学反应式、数学表达式等，不能出现非通用性的外文缩略语或代号，不得引用参考文献。写作论文摘要时应注意能反映出以下几方面的内容：论文所研究的问题及其目的和意义；论文的基本思路和逻辑结构；问题研究的主要方法、内容、结果和结论。论文摘要一般200～400字。 设计说明书的摘要一般为1000～2000字，摘要应该包含论文中的基本信息，应说明本项研究工作的目的和意义、研究方法（实验方法）、结果和结论，重点是结果和结论。注意突出具有创新性的成果和新见解。 3．英文摘要 英文摘要内容应与中文摘要基本对应，要符合英语语法，语句通顺，文字流畅。 4．关键词 关键词是为了文献标引而从论文中选取出来的用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。每篇论文一般选取3～8个关键词。 5．目录 目录是论文的大纲，反映论文的梗概。目录页每行由标题名称和页码组成，包括中英文摘要；前言；主要内容的章、条、款序号和标题；小结；参考文献；注释；附录；可供参考的文献题录、索引等。 6．前言 前言是论文的第一章，是论文评阅人、答辩委员和读者了解论文研究背景和概况的主要篇章。主要目的是向论文评阅人、答辩委员和读者阐述论文中所要研究的问题以及与其有关的背景或对一些事项的说明。前言通常应包括以下四个方面：论文所研究的目标、国内外研究现状以及研究目的和意义；论文使用的理论工具、研究方法及技术路线；论文的基本思路和逻辑结构；论文参考的文献资料、使用的符号、计算公式等需要说明的问题。前言在写法上不分章节，提倡无人称句。 7．论文正文 论文正文是主体，一般由标题、文字叙述、图、表格和公式等五个部分构成。写作形式可因课题性质不同而变化，一般可包括理论分析、数据资料、计算方法、实验和测试方法，经过整理加工的实验结果分析和讨论，与理论计算结果的比较，个人的论点以及本研究方法与已有研究方法的比较。要求实事求是、理论正确、逻辑清楚、层次分明、文字流畅、数据真实、公式推导计算无误。文中若有与导师或他人共同研究的成果，必须明确指出；如果引用他人的结论，必须明确注明出处，并与参考文献一致。 8．参考文献 只列作者直接阅读过、在正文中被引用过的文献资料。参考文献一律放在论文结论后，不得放在各章之后。每条文献的项目必须完整，诸项缺一不可。各类文献的书写格式均应符合国家标准《GB771487文后参考文献著录规则》。论文中引用参考文献时，应在引出处的右上方用方括号标注阿拉伯数字编排的序号，按文中引用出现的顺序列在正文的末尾。特别在引用别人的科研成果时，应在引用处加以说明。文科论文可选用页脚注。 9．附录 一般作为论文主体的补充项目。主要列入正文内过分冗长的公式推导；供查读方便所需的辅助性数学工具或重复性数据表格；由于过分冗长而不宜放置在正文中的计算机程序清单；论文使用的缩写说明；调查、实验材料等。 10．致谢 对于提供各类资助、指导和协助完成研究工作以及提供对论文写作各种工作有利条件的单位及个人表示感谢。致谢应实事求是，真诚客观。 三、编排格式 1．论文封面中题目为小一号黑体字，可以分成1或2行居中打印；作者姓名、学号、所在院（系）、专业名称、指导教师姓名及完成日期等为仿宋—GB2312三号(详见附1)。 2．中文题目、摘要及关键词（详见附2） （1）中文题目以黑体小一号字居中分成1或2行打印。 （2）中文题目下空二行居中打印“摘 要”，采用四号黑体字，摘要内容另起行前空两字，采用小四号宋体字打印。 （3）“关键词”为小四号黑体字，与摘要内容隔开一行，另起一行左对齐，空两字符后跟关键词，每一关键词之间用分号隔开，最后一个关键词后不打标点符号，关键词采用小四号宋体字打印。 3．英文题目、摘要及关键词 论文中的英文一律采用“Times New Roman”字体（详见附3）。 （1）论文英文题目全部采用大写字母，可分成1～3行居中二号字加粗打印。每行左右两边至少留五个字符空格。 （2）英文题目下空二行居中四号加粗打印“ABSTRACT”，再下空一行小四号字打印英文摘要内容，英文摘要与中文摘要相对应。摘要内容每段开头留四个字符空格。 （3）摘要内容后下空一行居左，以小四号加粗打印“KEY WORDS”， 留两字符空格，其后是关键词，采用小四号打印。 4．目录 应将文内的章节标题编排清楚，目录中的章、条一般编排到二级，也可编排到三级（章、条、款），标题应该简明扼要。标题层次一般不应超过四级。“目录”两字用小二号粗黑体，下空两行为章、条、款及其开始页码，以小四宋体、1.3倍行距打印。章、条、款层次代号如下：（详见附4） 1 (章的标题) XXXX…………………………………………………… 1 1.1 (条的标题) XXXX ……………………………………………… 2 1.1.1 (款的标题)　XXXX…………………………………………… 3 5．正文 每章的标题以小三号黑体字左起打印；“章”下空一行为“条”的标题,条的标题以四号黑体字左起打印；“条”下一行为“款”的标题，款的标题以小四号黑体字左起打印。换行后打印正文内容，正文用小四号宋体字，行距1.25左右，正文中标题同目录相对应（详见附5）。正文中的标题层次一般不应超过四级，四级以后可单独编号，如编写作(1) (2) (3) …或① ② ③…或a. b. c.…等。正文中用的单位名称的书写可以采用国际通用符号，也可以用中文名称，但全文应统一，不能两种混用。正文中用的量和单位要严格执行GB3100～3102：93有关量和单位的规定。具体要求参阅《常用量和单位》计量出版社，1996。 6．图 图应有编号和图题。图号采用阿拉伯数字分章依序编排，图号后空一格为图题，如“图2-1 ××××”等，图的编号和图题应置于图下方的居中位置，五号黑体字打印。版式为四周环绕型；靠右侧置放（详见附5）。论文中的插图应具有鲜明性，切忌与列表及文字表述重复。插图中的术语、符号、单位等应同正文表述所用保持一致。插图要清楚，坐标比例不要过分放大，同一幅图上不同曲线的点要分别用不同形状标出；图内文字采用小五号宋体字。 7．表 表应有编号和表题。表号采用阿拉伯数字分章依序编排，表号后空一格为表题，如“表2-1 ××××”等，表的编号和表题应置于表上方的居中位置，采用黑体五号字；表内文字符号采用小五号宋体打印，表内必须按规定的符号标注单位；制表一律采用三线制。列表中的参数应标明量和单位的符号（详见附5）。 8．公式 公式一律使用公式编辑器编辑。公式序号采用阿拉伯数字分章依序编排，如“（2-13）”、“（4-5）”等，序号标注于该式所在行(当有续行时，应标注于最后一行)的最右边；公式书写方式应在文中相应位置另起一行居左空四个字符横排，对于较长的公式只可在符号处（+、-、*、/、≤≥等）转行（详见附5）。 9．参考文献 “参考文献”以小四号黑体字左起打印，另起行以五号宋体字列参考文献。参考文献的排列顺序与在正文中的引用顺序一致，著录格式及示例详见附6。 10．正文中的说明性注解 采用随文脚注，用上标形式“①”等数字表示。 11．论文的附录依次为附录1，附录2……编号。附录中的图表公式另编排序号，与正文分开。 四、打印及装订要求 1．论文文稿一律采用白色A4纸标准大小打印，文稿四周应留中空白边缘，以便装订、复制和读者批注。页面设置为上方和左侧分别留边2.5 cm，下方和右侧分别留2.0cm，页眉、页脚：各为1.5、2.0 cm。 2．由统一封面装订成册。顺序为①封面；②中文题目、摘要及关键词；③英文题目、摘要及关键词；④目录；⑤前言；⑥正文（包括结论和参考文献）；⑦附录；⑧致谢。 五、其他 1．外文翻译及文献综述的撰写格式可参照执行。 2．工程设计制图国家标准目录见附7。 毕业设计（论文）工作条例内容选编 一、毕业设计（论文）的组织管理 全校毕业设计（论文）工作在主管校长统一领导下进行，实行分级管理，层层负责的办法。 1．教务处作为毕业设计（论文）工作的学校主管部门，其主要职责是： （1）贯彻落实上级主管部门对毕业设计（论文）工作的指导文件和批示精神，并结合学校实际制定相应的管理规定，明确学校毕业设计（论文）工作的整体目标。 （2）负责协调毕业设计（论文）过程中的有关问题，进行毕业设计（论文）工作的宏观指导。 （3）对各学院毕业设计（论文）教学过程中的各个环节进行质量监督和检查，组织评选“校优秀毕业设计（论文）”对学校毕业设计（论文）工作进行总结和表彰。 2．二级学院（系）应成立毕业设计（论文）工作委员会，具体负责本项工作的落实，其主要职责是： （1）贯彻落实学校有关毕业设计（论文）的管理规定，制定学院 工作计划 幼儿园家访工作计划关于小学学校工作计划班级工作计划中职财务部门工作计划下载关于学校后勤工作计划 和 实施细则 工程地质勘察监理实施细则公司办公室6S管理实施细则国家GSP实施细则房屋建筑工程监理实施细则大体积混凝土实施细则 。 （2）审查、汇总毕业设计（论文）题目，安排指导教师。 （3）统一安排、布置学院毕业设计（论文）工作任务。 （4）定期检查毕业设计（论文）工作进度，协调处理院内毕业设计（论文）中的问题，考核检查教师的毕业设计（论文）指导情况。 （5）组织毕业设计（论文）答辩和成绩复查，总结学院毕业设计（论文）工作，并向学校推荐“校优秀毕业设计（论文）”。 二、指导教师职责 指导教师应本着教书育人的宗旨，在对毕业设计（论文）进行业务指导的同时，引导学生养成正确的思维方法、工作作风和严谨治学的科学态度。 1．毕业设计（论文）的指导教师应由具有讲师或讲师以上职称的教师担任。助教、研究生不能单独指导毕业设计（论文），只能协助指导教师工作。副教授以上职称教师参与指导毕业设计（论文）的比例应高于90%。 对于来自外单位，且部分或全部工作需在外单位进行的课题，亦可聘请该单位工程师以上的技术人员担任指导工作。教研室应派专人联系，了解情况，掌握进度。 2．毕业设计（论文）指导教师职责 （1）拟定毕业设计（论文）课题，下达任务书，制定指导计划和工作程序，并严格执行。 （2）根据任务书，与学生共同制定“毕业设计（论文）工作进度计划表”，明确“阶段工作内容”，并采取多种形式检查学生的工作进度和质量，及时解答和处理学生提出的有关问题，原则上每周必须仔细检查一次，并在每一阶段结束时给本阶段工作评定成绩，成绩填入“毕业设计（论文）分阶段评分表”。 （3）指导学生写出开题报告、翻译外文并给予评阅。 （4）指导学生按规范要求正确撰写毕业设计（论文），并在答辩前认真审查学生的毕业论文或设计结果（包括论文正文、实验报告、计算书、或设计说明书、工艺卡、图纸等），并写出毕业设计（论文）的学术评语。 （5）参加毕业设计（论文）答辩。 三、毕业设计（论文）对学生的要求 学生在毕业设计（论文）过程中必须做到： 1．努力学习，刻苦钻研，勤于实践，勇于创新。 2．虚心接受指导教师和工程技术人员的指导。 3．独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则其毕业设计（论文）成绩按不及格处理。 4．严格遵守纪律，毕业设计（论文）期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间超过四分之一以上者，不准参加答辩，其成绩按不及格处理。 5．未在规定时间内完成毕业设计（论文）或不按时参加答辩者，其成绩按不及格处理。 四、答辩及成绩评定 答辩工作由各系毕业设计（论文）答辩委员会主持，下设若干答辩小组。答辩委员会由系领导及专家5～7人组成，答辩委员会主任可由分管教学的系主任、教研室主任或学术水平较高的教师担任。成员名单在答辩前二周报院答辩工作委员会审核。 1．答辩委员会的主要职责是 （1）组织并领导答辩小组进行毕业设计（论文）答辩工作； （2）审定学生毕业设计（论文）的最后成绩及评语； （3）完成毕业设计（论文）答辩工作的总结报告。 2．答辩小组的主要职责 （1）答辩前阅读有关毕业设计（论文）资料，了解学生毕业设计（论文）内容及指导教师评语； （2）需事先准备好一定数量的问题，所提问题要有一定的深度和广度； （3）认真听取学生在答辩中的陈述和对问题的回答； （4）依据评分标准初步给定毕业设计（论文）成绩。 3．答辩日期和地点由答辩委员会在一周前向学生正式公布，同时报送教务处，以便组织院有关人员参加、检查答辩工作。 4．答辩程序 （1）学生陈述（约10分钟） （2）答辩小组提出问题 （3）学生回答 （4）答辩小组总评分。每位学生答辩时间控制在30分钟左右。 5．答辩评分标准应从四个方面综合考虑：（1）设计（论文）的性质、难度、分量、综合训练等情况；（2）设计（论文）的质量、价值及有无创造性；（3）答辩中自述和回答问题的正确程度；（4）工作态度。评分具体标准各系可根据学生整体水平和课题特点分别拟定。 6．毕业设计（论文）的成绩评定必须从严掌握。严格按照分阶段评分进行，无前一阶段成绩，不得进入下一阶段评分。答辩不通过，总成绩不能评为合格。最后以五级（优、良、中、及格、不及格）记分登记入册，优秀率一般不高于20％。系级优秀设计（论文）再经院答辩工作委员会审定，评出10％为院级优秀设计（论文）。学院对院级优秀设计（论文）予以表彰，并日后编订成册。 7．毕业设计（论文）不能免修、缓修、只能重做。 3